(57)【要約】【課題】希ガス蛍光ランプを周波数変調することで、広い範囲での調光を可能にする。【解決手段】希ガス蛍光ランプの点灯周波数を９０ＫＨｚ以上に設定する。これにより、希ガス蛍光ランプの放電は安定し、点灯周波数に比例した光量を得ることができる。点灯周波数を希ガス蛍光ランプの光量に基づいてフィードバック制御することで、光量を常に一定に維持することができる。【選択図】      図１
2006004887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希ガスを封入したバルブ内面に蛍光体を塗布し、バルブ外面と一対の電極を設けた希ガス蛍光ランプの電極に対して、点灯電圧を供給する出力部と、
前記出力部からの前記点灯電圧の周波数を変化させて、前記希ガス蛍光ランプを周波数変調する周波数制御手段とを具備したことを特徴とする希ガス蛍光ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記出力部は、前記点灯電圧として正弦波電圧又は矩形波電圧を発生することを特徴とする請求項１に記載の希ガス蛍光ランプ点灯装置。
【請求項３】
１次巻線及び２次巻線を有するトランスと、
前記トランスの一次巻線に直流電源からの電流を流す第１及び第２のスイッチング素子と、
前記トランスの２次巻線に接続された希ガス蛍光ランプの光量を検出する光量検出手段と、
前記光量検出手段の検出結果に基づいて前記第１及び第２のスイッチング素子のオンオフ周波数を変化させて周波数変調を行う周波数制御手段とを具備したことを特徴とする希ガス蛍光ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、スキャナー等の読み取り用光源の点灯装置として好適な希ガス蛍光ランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部電極希ガス蛍光ランプは、環境負荷の高い水銀を使用していない点、周囲温度による光量変化が少ない点、発熱が少ない点、蛍光体を選択することにより発光色をかえることが出来る点等の特徴により、複写機、スキャナー等の読み取り用光源として広く利用している。
【０００３】
原稿照明用光源に適した希ガス蛍光ランプとして、例えば、特許文献１に記載のものがある。
【０００４】
外部電極希ガス蛍光ランプの点灯電圧波形として、大きく分けて２種類の電圧波形を利用している。一つは、発光効率は低いが点灯回路が比較的安価な正弦波形であリ、他の一つは発光効率が高いが点灯回路が比較的高価なパルス波形である。
【０００５】
正弦波電圧点灯では１次側の電源電圧を変えることで、光量は１００〜９０％程度変化する。一方、パルス点灯では周波数を可変することで、光量は１００〜８０％程度変化する。
【特許文献１】特開２００１−２８３７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、正弦波電圧点灯及びパルス点灯のいずれの場合でも、光量の可変範囲は狭く不十分であり、規定光量に対する微調整が可能なのみである。即ち、正弦波電圧点灯を採用した場合には、１次側電源電圧を調整することで規定光量を得、パルス転送を採用した場合には周波数を例えば４０Ｈｚ〜８０Ｈｚで可変することで規定光量を得る。一旦このような光量の微調整を行った後には、通常、希ガス蛍光ランプは調光を行うことなく、一定光量で使用するようになっている。
【０００７】
ところが、希ガス点灯ランプは数分程度の連続点灯を行うと、時間と共に１０％弱の光量減少が生じる場合がある。この間、読み取り用原稿面の光量は変動し、読み取りに際してむらが生じてしまう。
【０００８】
本発明は変調周波数を適宜設定することにより十分な調光範囲を得ると共に、点灯後直後から長時間の連続点灯時でも規定光量を維持することができる希ガス蛍光ランプ点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る希ガス蛍光ランプ点灯装置は、希ガスを封入したバルブ内面に蛍光体を塗布し、バルブ外面と一対の電極を設けた希ガス蛍光ランプの電極に対して、点灯電圧を供給する出力部と、前記出力部からの前記点灯電圧の周波数を変化させて、前記希ガス蛍光ランプを周波数変調する周波数制御手段とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
本発明において、出力部は、希ガス蛍光ランプの電極に対して、点灯電圧を供給する。希ガス蛍光ランプはこの点灯電圧によって駆動されて発光する。周波数制御手段は、例えば、８０ＫＨｚ以上の周波数で出力部からの点灯電圧の周波数を変化させて、希ガス蛍光ランプを周波数変調する。これにより、広い調光範囲での調光を行う。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、変調周波数を適宜設定することにより十分な調光範囲を得ると共に、点灯後直後から長時間に亘り規定光量を維持することができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る希ガス蛍光ランプ点灯装置を示す回路図である。また、図２は外部電極を有する希ガス蛍光ランプを一部切断して示す断面図である。
【００１３】
本実施の形態においては、図１の負荷３として希ガス蛍光ランプを採用する。先ず、図２を参照して外部電極を有する希ガス蛍光ランプの構造について説明する。
【００１４】
外部電極希ガス蛍光ランプ１０は、希ガス１２が封入された透明硝子バルブ１１によって構成している。例えば、透明硝子バルブ１１としては、外径が８ｍｍで管長が３８０ｍｍのものを用いることができる。希ガス１２としては、例えばキセノンガスやキセノン及びアルゴンの混合ガス等を用いる。例えば、xe：Ne＝70%：30%で、ガス圧力が８０Ｔorrの希ガスを用いることができる。
【００１５】
透明硝子バルブ１１の内面には蛍光体１３を塗布し、外面には一対の平行電極１４を設ける。なお、硝子バルブ１１は、蛍光体１３が設けられていない開口部１５を有し、一対の外部電極１４は開口部１５を避けて、ランプ軸に沿って平行に設けている。この外部電極の幅は例えば８ｍｍである。透明硝子バルブ１１は、透明絶縁膜（チューブ）１６で被覆している。
【００１６】
なお、本実施の形態において採用する希ガス蛍光ランプとしては、電極がバルブ外部に設けられたものだけでなく、電極が内部に設けられたものや電極が外部と内部とに設けられたものを採用することも可能である。
【００１７】
外部電極１４間に電圧を印加することによって、透明硝子バルブ１１に封入された希ガス２が放電し、希ガス２から紫外線が発生する。この紫外線によって蛍光体３が励起されて、可視光が取り出されるようになっている。
【００１８】
ところで、このような希ガス蛍光ランプ１１は、従来、３０〜６０ＫＨｚ程度の周波数で点灯していた。図３は希ガス蛍光ランプの駆動周波数が４０ＫＨｚの場合における希ガス蛍光ランプの電極のランプ電流及び電圧波形を示す波形図である。
【００１９】
図３に示すように、ランプ電流及び電圧波形のいずれも、点灯回路の２次巻線に発生させる正弦波波形に対して、歪んだ波形となっている。
【００２０】
点灯回路からの正弦波電圧が外部電極１４間に印加されると、硝子内面間の電圧が上昇する。この電圧が封入ガスの絶縁破壊電圧に達すると、放電電流が一瞬流れる。この理由から、ランプ全体に流れる電流波形は、ランプの電極間をチャージする正弦波電流に放電電流が重畳されて歪んだ電流波形となるのである。
【００２１】
このように点灯周波数が従来の３０〜６０ｋＨｚの範囲では、ランプ電流が図３のように歪んだ波形となることから、周波数を僅かに変えても電流波形が大きく変動し、放電ちらつきが発生してしまう。
【００２２】
この理由から、上述したように、従来、周波数を変化させることによる出力光量の制御は行われていない。出力光量を変化させようとする場合には、従来、点灯回路の一次側の直流電圧を変えて、二次側電圧（印加電圧）を制御している。しかし、一次側電圧を大きく変化させると、ランプのちらつきや立ち消え等が発生しやすく、光量制御範囲は１００〜９０％程度であり、規定光量を得るための微調整としての役割しか有しない。
【００２３】
これに対し、本実施の形態においては、点灯周波数を８０ＫＨｚ以上、例えば９０ＫＨｚ以上に設定している。点灯周波数としてこのような周波数範囲を選択すると共に、点灯周波数を変化させることで、本実施の形態においては、光量を十分に広い範囲で可変にした調光を実現している。
【００２４】
図４は希ガス蛍光ランプの駆動周波数が９０ＫＨｚの場合における希ガス蛍光ランプのランプ電流及び電圧波形を示す波形図である。
【００２５】
図４に示すように、点灯周波数が９０ＫＨｚ以上の場合には、ランプ電流及び電圧波形のいずれも、略正弦波波形となる。更に、９０ＫＨｚ以上の周波数で点灯周波数を変化させた場合でも、ランプ電流及び電圧波形に歪は発生せず、電流値の変化は連続的となる。
【００２６】
図１において、周波数制御回路２は、このような９０ＫＨｚ以上の周波数のスイッチング信号を発生する。周波数制御回路２からのスイッチング信号はプッシュプル構成のスイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２のベースに印加する。トランジスタＱ１のコレクタは出力部を構成する昇圧トランスＴの１次巻線Ｔ１の一端に接続し、エミッタは、直流電源１の負極性端子に接続する。直流電源１の正極性端子は、ノイズ除去用のコイルＬを介して１次巻線Ｔ１の中点に接続する。
【００２７】
トランジスタＱ２のコレクタは昇圧トランスＴの１次巻線Ｔ１の他端に接続し、エミッタは直流電源１の負極性端子に接続する。１次巻線Ｔ１の両端にはコンデンサＣｐを接続する。トランスＴの２次巻線Ｔ２の両端には、負荷３としての希ガス蛍光ランプを接続している。
【００２８】
トランジスタＱ１のオン期間に、直流電源１、コイルＬ、１次巻線Ｔ１の中点、１次巻線Ｔ１の一端及びトランジスタＱ１に流れる電流によって、２次巻線Ｔ２に電圧が発生する。トランジスタＱ２のオン期間には、直流電源１、コイルＬ、１次巻線Ｔ１の中点、１次巻線Ｔ１の他端及びトランジスタＱ２に電流が流れて、トランジスタＱ１のオン期間とは逆向きに２次電圧が発生する。
【００２９】
周波数制御回路２はトランジスタＱ１，Ｑ２を交互にオン，オフさせて、２次巻線Ｔ２に周波数が９０ＫＨｚ以上の出力を発生させるようになっている。
【００３０】
負荷３である希ガス蛍光ランプに対向する所定位置には、希ガス蛍光ランプの光量を求めるための光量センサ４を配置している。光量センサ４は希ガス蛍光ランプの光量に応じたフィードバック信号を周波数制御回路２に出力するようになっている。
【００３１】
周波数制御回路２は、フィードバック信号が所定レベルの信号となるように、トランジスタＱ１，Ｑ２に与えるスイッチング信号の周波数を変化させるようになっている。
【００３２】
次に、このように構成された実施の形態の動作について図５及び図６を参照して説明する。図５は横軸に点灯周波数をとり縦軸にランプ電流をとって、２次巻線Ｔ２の出力周波数（点灯周波数）とランプ電流との関係を示すグラフである。また、図６は横軸に点灯周波数をとり縦軸に光量をとって、点灯周波数と希ガス蛍光ランプの光量及び効率との関係を示すグラフである。
【００３３】
周波数制御回路２は、例えば９０ＫＨｚ以上の周波数のスイッチング信号をトランジスタＱ１，Ｑ２に出力する。トランジスタＱ１，Ｑ２は、スイッチング信号に応じてオン，オフして、１次巻線Ｔ１に電流を流す。これにより、２次巻線Ｔ２に、スイッチング信号の周波数に応じた周波数の出力が発生する。この出力を負荷３である希ガス蛍光ランプの外部電極１４に印加する。
【００３４】
図５は希ガス蛍光ランプに供給される電圧の周波数（点灯周波数）とランプ電流との関係を示している。図５に示すように、点灯周波数が高くなるにつれて、ランプ電流は連続的に変化して値が次第に増大している。図５の例では、点灯周波数を８０ＫＨｚから１８５ＫＨｚまで変化させた場合のランプ電流変化を示している。
【００３５】
図４に示すように、点灯周波数を９０ｋＨｚ以上に設定した場合には、電流波形は略正弦波波形となる。また、希ガス蛍光ランプは、略容量負荷であることから、ランプ電流は、図５に示すように、周波数に略比例して増加することになる。
【００３６】
希ガス蛍光ランプは、ランプ電流に比例して光量が変化する。即ち、希ガス蛍光ランプの光量は、点灯周波数、つまり、周波数制御回路２のスイッチング周波数に比例して変化することになる。
【００３７】
図６は実線にて点灯周波数と光量との関係を示し、破線にて点灯周波数と効率との関係を示している。図６に示すように、点灯周波数を高くすると効率が低下するものの、光量は周波数が高くなるにつれて増大しており、点灯周波数に対して光量が線形に変化していることが分かる。こうして、周波数制御回路２のスイッチング周波数を高く又は低くすることにより、希ガス蛍光ランプの光量を高く又は低くすることができる。
【００３８】
更に、本実施の形態においては、フィードバック制御によって、希ガス蛍光ランプの光量を常に所定の規定光量に維持させるようになっている。即ち、光量センサ４は、負荷３である希ガス蛍光ランプの光量を検出する。光量センサ４からの光量の検出結果はフィードバック信号として、周波数制御回路２に与える。周波数制御回路２は、フィードバック信号が所定レベルとなるように、スイッチング周波数を変化させる。
【００３９】
例えば、電源投入直後においては、希ガス蛍光ランプは、光量が規定光量よりも低い。この場合には、周波数制御回路２は光量センサ４による光量の検出結果から、光量を規定光量まで上昇させるように、スイッチング周波数を高くする。そうすると、２次巻線Ｔ２の出力周波数が高くなり、希ガス蛍光ランプの光量が規定光量まで上昇する。
【００４０】
電源投入から十分な時間が経過すると、希ガス蛍光ランプの出力が高くなろうとする。そうすると、周波数制御回路２は、光量センサ４の検出結果に基づいて、スイッチング周波数を低くする。そうすると、２次巻線Ｔ２の出力周波数が低くなり、希ガス蛍光ランプの光量が高くなることを防止して、規定光量を維持させる。
【００４１】
なお、希ガス蛍光ランプの光量を既定値に固定する必要がない場合には、光量センサ４の出力に基づいてスイッチング周波数を変化させるフィードバックループは省略することができる。この場合でも、スイッチング周波数を８０ＫＨｚ以上で変化させることによって、希ガス蛍光ランプの調光が可能である。
【００４２】
このように本実施の形態においては、希ガス蛍光ランプの点灯周波数として８０ＫＨｚ以上の点灯周波数を設定すると共に、点灯周波数を変化（周波数変調）させることで、十分な光量範囲での調光を実現している。更に、希ガス蛍光ランプの出力光量を検出して、点灯周波数のフィードバック制御しており、希ガス蛍光ランプの光量を常時規定光量に維持することができる。
【００４３】
例えば、本実施の形態を原稿読み取り装置の光源を点灯させるための点灯装置に適用した場合には、電源投入直後から、長時間に亘り確実に規定光量に維持することができ、安定した原稿読み取りを実現することができる。
【００４４】
図７は本発明の第２の実施の形態を示す回路図である。図７において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態は周波数変調による制御ではなく、ＰＷＭ変調による光量制御を実現した例である。
【００４５】
本実施の形態は周波数制御回路２に代えてＰＷＭ制御回路２２を採用した点が第１の実施の形態と異なる。ＰＷＭ制御回路２２は、９０ＫＨｚ以上の周波数、例えば１００〜１２０ＫＨｚのＰＷＭ信号を発生する。ＰＷＭ制御回路２２からのＰＷＭ信号はプッシュプル構成のスイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２のベースに印加する。
【００４６】
図８はＰＷＭ信号を示す波形図である。ＰＷＭ制御回路２２はトランジスタＱ１，Ｑ２を交互にオン，オフさせて、２次巻線Ｔ２に周波数が９０ＫＨｚ以上の出力を発生させるようになっている。
【００４７】
また、ＰＷＭ制御回路２２は、光量センサ４からのフィードバック信号が所定の信号レベルとなるように、トランジスタＱ１，Ｑ２に与えるＰＷＭ信号のデューティ比を変化させるようになっている。
【００４８】
このように構成された実施の形態においては、例えば９０ＫＨｚ以上の周波数を含む所定デューティ比のＰＷＭ信号をトランジスタＱ１，Ｑ２に供給する。２次巻線Ｔ２に接続された希ガス蛍光ランプは、点灯周波数が９０ｋＨｚ以上で正弦波点灯する。こうして、本実施の形態においても、ランプ電流波形は正弦波波形になる。
【００４９】
光量センサ４は、希ガス蛍光ランプの光量を検出して、検出結果に基づくフィードバック信号をＰＷＭ制御回路２２に出力する。ＰＷＭ制御回路２２は、フィードバック信号として所定レベルの信号が得られるように、ＰＷＭ信号のデューティ比を変更する。こうして、希ガス蛍光ランプの光量を既定値に維持する。
【００５０】
このように本実施の形態においても、点灯周波数を９０ＫＨｚ以上にして、希ガス蛍光ランプを正弦波点灯させている。これにより、本実施の形態においては、ＰＷＭ調光を行っても放電が不安定となることはなく、調光を実現することができる。
【００５１】
なお、ＰＷＭ調光のサイクルとしては、５〜３０ｋＨｚ範囲が適当である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る希ガス蛍光ランプ点灯装置を示す回路図。
【図２】外部電極を有する希ガス蛍光ランプを一部切断して示す断面図。
【図３】希ガス蛍光ランプの駆動周波数が４０ＫＨｚの場合における希ガス蛍光ランプのランプ電流及び電圧波形を示す波形図。
【図４】希ガス蛍光ランプの駆動周波数が９０ＫＨｚの場合における希ガス蛍光ランプのランプ電流及び電圧波形を示す波形図。
【図５】横軸に点灯周波数をとり縦軸にランプ電流をとって、２次巻線Ｔ２の出力周波数（点灯周波数）とランプ電流との関係を示すグラフ。
【図６】横軸に点灯周波数をとり縦軸に光量をとって、点灯周波数と希ガス蛍光ランプの光量との関係を示すグラフ。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示す回路図。
【図８】ＰＷＭ信号を示す波形図。
【符号の説明】
【００５３】
１…直流電源、２…周波数制御回路、３…負荷、４…光量センサ、Ｑ１，Ｑ２…トランジスタ、Ｔ…昇圧トランス。  
代理人      弁理士      伊  藤    進
【図１】
2006004887.tif 000003
【図２】
2006004887.tif 000004
【図３】
2006004887.tif 000005
【図４】
2006004887.tif 000006
【図５】
2006004887.tif 000007
【図６】
2006004887.tif 000008
【図７】
2006004887.tif 000009
【図８】
2006004887.tif 000010